Influência de modificações superficiais na resistência à corrosão e na bioatividade da liga beta ti-40nb para aplicações biomédicas
Ano de defesa: | 2021 |
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Resumo: | β-titanium (Ti) alloys have great applicability in the biomedical area due to properties such as low density, high corrosion resistance, low elasticity modulus (E), and biocompatibility. However, these alloys are not bioactive. It is necessary to make surface modifications producing bioactive surfaces and with better electrochemical properties. For these reasons, this work evaluated the bioactivity performance and corrosion resistance of the Ti-40Nb alloy modified superficially by anodization, producing the amorphous nanostructures of nanotubes (NTs-AM) and nanopores (NPs-AM). Initially, the annealing was carried out on anodized samples with amorphous nanostructure to reduce the alloy’s E and crystallize the amorphous nanostructures in a mixture of anatase and rutile, obtaining these characteristics with annealing at 550 °C, namely NTs-HT and NPs-HT. The precalcification (PC) process was performed to increase the bioactive behavior of NTs-HT and NPs-HT, that is, NTs-PC and NPs-PC. The electrochemical behavior was studied by open circuit potential (OCP), potentiodynamic polarization, and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Samples with NTs-HT and NPs- HT showed the highest corrosion potential (Ecorr) and lower passivation current density (ipass), with the lowest ipass of ~0,3 μA/cm² being observed in NPs-HT. The EIS simulation by equivalent electrical circuits (EEC), the NPs-HT showed greater resistance and thickness of the barrier layer. After 14 days of soaking in SBF, it was not observed HAp formation in the unmodified substrate, NTs/NPs- HT conditions exhibited moderate apaite formation. In contrast, NTs/NPs-PC samples showed high apatite formation, with apatite mass gain ~3.5x higher than anodized and annealed samples. |
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Ricci, Virgilio PereiraAfonso, Conrado Ramos Moreirahttp://lattes.cnpq.br/2176215981291453Jorge Junior, Alberto Moreirahttp://lattes.cnpq.br/6360362248108490http://lattes.cnpq.br/39694405330611952021-10-21T11:15:46Z2021-10-21T11:15:46Z2021-07-30RICCI, Virgilio Pereira. Influência de modificações superficiais na resistência à corrosão e na bioatividade da liga beta ti-40nb para aplicações biomédicas. 2021. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2021. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15030.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15030β-titanium (Ti) alloys have great applicability in the biomedical area due to properties such as low density, high corrosion resistance, low elasticity modulus (E), and biocompatibility. However, these alloys are not bioactive. It is necessary to make surface modifications producing bioactive surfaces and with better electrochemical properties. For these reasons, this work evaluated the bioactivity performance and corrosion resistance of the Ti-40Nb alloy modified superficially by anodization, producing the amorphous nanostructures of nanotubes (NTs-AM) and nanopores (NPs-AM). Initially, the annealing was carried out on anodized samples with amorphous nanostructure to reduce the alloy’s E and crystallize the amorphous nanostructures in a mixture of anatase and rutile, obtaining these characteristics with annealing at 550 °C, namely NTs-HT and NPs-HT. The precalcification (PC) process was performed to increase the bioactive behavior of NTs-HT and NPs-HT, that is, NTs-PC and NPs-PC. The electrochemical behavior was studied by open circuit potential (OCP), potentiodynamic polarization, and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Samples with NTs-HT and NPs- HT showed the highest corrosion potential (Ecorr) and lower passivation current density (ipass), with the lowest ipass of ~0,3 μA/cm² being observed in NPs-HT. The EIS simulation by equivalent electrical circuits (EEC), the NPs-HT showed greater resistance and thickness of the barrier layer. After 14 days of soaking in SBF, it was not observed HAp formation in the unmodified substrate, NTs/NPs- HT conditions exhibited moderate apaite formation. In contrast, NTs/NPs-PC samples showed high apatite formation, with apatite mass gain ~3.5x higher than anodized and annealed samples.As ligas β-titânio (Ti) possuem grande aplicabilidade na área biomédica devido às propriedades como, baixa densidade, elevada resistência à corrosão, baixo módulo de elasticidade (E) e biocompatibilidade, porém estas ligas não são bioativas. Sendo assim, é necessário que se faça modificações superficiais produzindo superfícies bioativas e também com melhores propriedades eletroquímicas. Assim, este trabalho avaliou o desempenho da bioatividade e resistência à corrosão da liga β Ti-40Nb modificada superficialmente através de anodização, produzindo as nanoestruturas amorfas de nanotubos (NTs-AM) e nanoporos (NPs-AM). Foi realizado o recozimento, com objetivo de avaliar a variação no módulo de elasticidade (E) da liga. O recozimento também foi utilizado para promover a cristalização das nanoestruturas uma mistura das fases anatase e rutilo, obtendo esta combinação com o recozimento a 550 °C, nomeadas NTs-HT e NPs-HT. Para aumentar a bioatividade dos NTs-HT e NPs- HT foi realizado o processo de pré-calcificação (PC), a saber, NTs-PC e NPs- PC. O comportamento eletroquímico foi estudado através de curvas do potencial de circuito aberto (OCP), polarização potenciodinâmica e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE). Amostras com NTs-HT e NPs-HT apresentaram maior potencial de corrosão (Ecorr) e menor densidade de corrente de passivação (ipass), e para a amostra NPs-HT foi observada a menor ipass de ~0,3 μA/cm². Na simulação da EIE por circuitos elétricos equivalentes (CEE) os NPs-HT apresentaram maior resistência e espessura da camada de barreira. Após 14 dias imersos em fluído corporal simulado (SBF) (do inglês “simulated body fluid”), não foi observada formação de hidroxiapatita (HAp) no substrato não modificado, as condições NTs/NPs-HT exibiram moderada formação de apatita, enquanto que as amostras NTs/NPs-PC mostraram alta formação apatita, com ganho de massa de ~3,5x superior às amostras anodizadas e recozidas.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)CNPq: 169128/2017-2CAPES/COFECUB: 88887.364134/2019-00porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessLiga β-TiAnodizaçãoNanoestruturas de TiO2Pré-calcificaçãoBioatividadeCorrosãoMódulo de elasticidadeβ-Ti alloysAnodizingPre-calcificationTiO2 NanostructuresBioactivityCorrosionElastic modulusENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICAInfluência de modificações superficiais na resistência à corrosão e na bioatividade da liga beta ti-40nb para aplicações biomédicasInfluence of surface modification on corrosion resistance and bioactivity of beta ti-40nb alloy for biomedical applicationsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALVirgilio Pereira Ricci - Tese.pdfVirgilio Pereira Ricci - Tese.pdfapplication/pdf8682780https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15030/1/Virgilio%20Pereira%20Ricci%20-%20Tese.pdfe4369d5f80bd862a6303ffd6ada90603MD51BCO carta comprovante autoarquivamento P.pdfBCO carta comprovante autoarquivamento P.pdfapplication/pdf519547https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15030/2/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento%20P.pdfd196005585c915bffa4a714f00a21d85MD52CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15030/3/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD53TEXTVirgilio Pereira Ricci - Tese.pdf.txtVirgilio Pereira Ricci - Tese.pdf.txtExtracted texttext/plain242324https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15030/4/Virgilio%20Pereira%20Ricci%20-%20Tese.pdf.txt446702de391863f4c0cf2833dd25f181MD54BCO carta comprovante autoarquivamento P.pdf.txtBCO carta comprovante autoarquivamento P.pdf.txtExtracted texttext/plain1https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15030/6/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento%20P.pdf.txt68b329da9893e34099c7d8ad5cb9c940MD56THUMBNAILVirgilio Pereira Ricci - Tese.pdf.jpgVirgilio Pereira Ricci - Tese.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6550https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15030/5/Virgilio%20Pereira%20Ricci%20-%20Tese.pdf.jpg427132f6f6d350df9a1760f8e7474aeeMD55BCO carta comprovante autoarquivamento P.pdf.jpgBCO carta comprovante autoarquivamento P.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg13143https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15030/7/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento%20P.pdf.jpg73a93b19fe680f06a57c952b0a023417MD57ufscar/150302021-10-22 03:40:40.505oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/15030Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-05-25T13:02:17.479492Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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